加盖控制系统的设计、安装与调试

1. 加盖控制系统的设计、安装与调试

2. 4 2 1 3 2 3 1 熟练掌握SFC流程图的编制 能力目标 掌握编程组件S的种类和特性 掌握控制要求的分析 掌握STL、RET指令的含义 知识目标 能按规范连接外部电路 熟练掌握用步进指令构建梯形图 明确SFC编程法的作用 5 能按规程调试控制电路 能力与知识目标

3. 观察实际运行 运行过程如下： 传送带将托盘及工件送到加盖单元的托盘及工件检测位置，摆动臂上的电磁铁从支架上吸住盖子，然后摆动到工件一侧，将盖子放置在工件上。传感器检测到盖子加上后传送带将托盘及已加盖工件送往顶销单元，一个周期完毕。

4. 观察部件 （控制） 控制部分： 启动按钮、停止按钮、复位按钮、急停按钮 控制部分： 交流电源开关、直流电源开关、 状态选择开关（联网/单机）

5. 观察部件 （显示） 运行显示（绿色指示灯） 报警显示（红色指示灯） 交流电源显示（红色指示灯） 直流电源显示（绿色指示灯）

6. 观察部件 （传感器） 有无工件感知 有无盖子感知 （光电传感器） 托盘到位感知（电感传感器） 摆臂初始位置 摆臂加盖位置 （微动开关）

7. 观察部件 （执行） 传送带电机（直流单向） 摆臂电机（直流双向） 限位电磁铁 吸盖电磁铁

8. 控制要求分析 （2）运行状态。 （1）初始状态。 （3）停止控制。 （4）报警状态。 控制要求 （5）急停状态。 （6）复位控制。

9. 初始状态的要求 交、直流电源开关闭合； 状态选择开关接单机； 交、直流电源显示得电； 摆臂初始位置开关闭合； 其余各部件无信号。 TEXT TEXT TEXT TEXT

10. 运行状态要求 在以上初始状态下按启动按钮，传送带电机运行，运行指示灯亮并等待托盘及工件到达；当托盘传感器与工件传感器为“1”时，吸盖电磁铁通电，2秒后摆臂电机正转，至摆臂加盖位置开关为“1”则摆臂电机停止，1.5秒后吸盖电磁铁断电，再1秒后摆臂电机反转，同时限位电磁铁通电放行托盘及已加盖工件至下一单元；摆臂电机反转至初始位置开关为“1”后停止，一个工作周期结束。此时传送带电机继续运行，运行指示灯仍亮表示本单元处于工作状态。

11. 停止与报警控制 停止运行：在以上运行状态下按停止按钮，则运行指示灯灭而停止指示灯亮；如系统处于运行周期内则继续运行，至一个周期结束后运行状态结束，传送带电机停止，运行指示灯灭而停止指示灯亮。 报警状态：当摆臂做完加盖动作后，加盖传感器未检测到工件上有盖子时，则本站有报警情况发生，即该单元缺料，需要续加盖子。此时报警指示灯亮，摆臂重复加盖动作直至加盖传感器检测到信号，则报警指示灯灭运行周期进行下一步动作。

12. 急停与复位控制 急停状态：在以上运行状态下按急停按钮，则整个系统停止运行保持当前状态并运行指示灯以1秒间隔闪烁；解除急停信号后系统按停止前状态继续往下运行，运行指示灯恢复常亮。 复位控制：当电源开启后系统未处于初始状态时，按复位按钮则系统自动返回初始状态等待启动。

13. 可编程控制器的步进编程法 近年来，许多新生产的PLC在梯形图语言之外加上了采用IEC标准的SFC (Sequential Function Chart)语言，用于编制复杂的顺控程序．利用这种先进的编程方法，初学者也很容易编出复杂的顺控程序．即便是熟练的电气工程师用这种方法后也能大大提高工作效率．另外这种方法也为调试、试运行带来许多的方便. 三菱的小型PLC在基本逻辑指令之外增加了两条简单的步进顺控指令，同时辅之以大量状态元件，就可以用SFC语言的状态转移图方式编程。

14. 状态元件与状态转移图 状态元件是状态梯形图的基本构成因素之一，也是可编程控制器的重要软元件之一。FX2N共有1000个状态元件，其分类及用途如下表所示:

15. 状态元件与状态转移图 如上所述，使用经验法及基本指令编制的梯形图程序存在以下一些问题: • ①、工艺动作表达繁琐。 • ②、梯形图涉及的联锁关系较复杂，处理起来较麻烦。 • ③、梯形图可读性差，很难从梯形图看出具体控制工艺过程。 为此，人们一直寻求一种易于构思，易于理解的图形程序设计工具。它应有流程图的直观，又有利于复杂控制逻辑关系的分解与综合，这种图就是状态转移图。

16. “状态” 状态元件与状态转移图 依工作顺序将工序连接成图的称为工序流程图，这就是状态转移图的原型，见下图： “工序”

17. 状态转移图的特点 显而易见，以上二图有以下特点： • ①、将复杂的任务或过程分解成若干个工序(状态)。无论多么复杂的过程均能分化为小的工序，有利于程序的结构化设计。 • ②、相对某一个具体的工序来说，控制任务实现了简化。给局部程序的编制带来了方便。 • ③、整体程序是局部程序的综合，只要弄清各工序成立的条件、工序转移的条件和转移的方向，就可进行这类图形的设计。 • ④、这种图很容易理解，可读性很强，能清晰地反映全部控制工艺过程。

18. 状态的三要素 状态转移图中的状态有驱动负载、指定转移目标和指定转移条件三个要素。其中指定转移目标和指定转移图条件是必不可少的，而驱动负载则视具体情况，也可能不进行实际的负载驱动。状态转移图编程时，先进行负载驱动处理，然后进行状态转移处理。负载驱动及转移处理，首先要使用STL指令，这样保证负载驱动和状态转移均是在子母线上进行。状态的转移使用SET指令，但若为向上游转移、向非相连的下游转移或向其他流程转移，称为顺序不连续转移，非连续转移不能使用SET产指令，而用OUT指令。

19. 步进梯形图编程注意事项 1、状态编程顺序为：先进行驱动，再进行转移，不能颠倒。 2、对状态处理，编程时必须使用步进接点指令STL。 3、程序的最后必须使用步进返回指令RET，返回主母线。 4、驱动负载使用OUT指令。当同一负载需要连续多个状态驱动，可使用多重输出，也可使用SET指令将负载置位，等到负载不需驱动时用RST指令将其复位。在状态程序中，不同时“激活”的“双线圈”是允许的。另外相邻状态使用的T、C元件，编号不能相同。 5、负载的驱动、状态转移条件可能为多个元件的逻辑组合，视具体情况，按串、并联关系处理，不能遗漏。 6、若为顺序不连续转移，不能使用SET指令进行状态转移，应改用OUT指令进行状态转移。 7、在STL与RET指令之间不能使用MC、MCR指令。 8、初始状态可由其他状态驱动，但运行开始必须用其他方法预先作好驱动，否则状态流程不可能向下进行。一般用系统的初始条件，若无初始条件，可用M8002（PLC从STOP→RUN切换时的初始脉冲）进行驱动。 9、需在停电恢复后继续原状态运行时，可使用S500~S899停电保持状态元件。

20. 分支状态转移图的处理 在步进顺序控制过程中，有时需要将同一控制条件转向多条支路，或把不同条件转向同一支路，或跳过某些工序或重复某些操作。以上这些称之为多分支状态转移图。像这种多种工作顺序的状态流程图为分支、汇合流程图。根据转向分支流程的形式，可分为选择性分支与汇合流程图与并行分支与汇合流程图。

21. 选择性分支与汇合的处理 从多个流程顺序中选择执行哪一个流程，称为选择性分支。下图就是一个选择性分支的状态转移图 。 汇合状态的处理方法是：先进行汇合前的驱动连接，再依顺序进行汇合状态的连接 。

22. 并行分支与汇合的处理 多个流程分支可同时执行的分支流程称为并行分支，它同样有三个顺序如下图所示。 汇合状态的处理方法是：先进行汇合前的驱动连接，再依顺序进行汇合 状态的连接

23. 5 4 3 1 2 2 3 1 个人电脑PC 训练目的 分析控制要求，划分工作步骤 练习SFC流程图的编制 练习应用步进指令构建梯形图 RS—232数据通信线 训练器材 三菱FX系列PLC 指示灯控制装置实验板 导线若干 前导训练 班级广告灯箱的设计

24. 前导训练 • 训练内容说明 • 设计班级广告灯箱的闪烁控制程序，要求用四盏灯点亮班级名称的4个字，闪烁要求如下：启动开关闭合后，四个字逐个点亮，间隔1S，待四字全亮过后，四字同时点亮并闪烁二次，闪烁间隔为0.5S，完成一周期后重新开始，直到启动开关断开。 • 设计过程为：1、写出I/O分配表和状态分配表； • 2、画出SFC流程图； • 3、画出SFC梯形图； • 4、输入PLC并调试完毕。

25. 初始状态 逐个点亮四个字 全亮一 全灭一 全亮二 全灭二 前导训练 训练步骤 • 1、I/O分配表： K1 X0 启动、停止开关 HL1—HL4 Y0—Y3 点亮班级名称的四盏灯 • 2、状态分配表： S0：初始状态； S25：全灭一； S20—S23：逐个点亮四个字 S26：全亮二； S24：全亮一； S27：全灭二。 • 3、SFC流程图：

26. 系统的设计与安装 输入输出端口分配 一、工艺及控制要求的回顾 二、I/O的分配 根据以上控制要求及输入输出器件的分布，可作出以下I/O分配表：

27. 梯形图的设计 一、工序流程的分析 根据以上控制要求分析环节得出，本单元控制任务是比较典型的周期循环控制方式，且内部的联锁、互动关系复杂，因此我们采用SFC编程方式进行编程。下面我们用工序流程分析的方法对各控制要求逐个进行分析：

28. 梯形图的设计 1、初始状态 这是“准备”工序（S0）。 当交直流电源开关接通，即进入该工序。 该工序控制任务是：交直流指示灯亮。（后续工序一直保持，不再重复说明） 同时摆臂初始位置开关闭合。由于本单元不考虑复位控制，所以当该微动开关未闭合时可采用手动方式使其闭合，以达到初始状态的要求。

29. 梯形图的设计 2、运行状态 ①、工序一（S20）： 条件：在准备工序时，如得到启动信号即进入工序一。启动信号不完全是启动按钮的信号，这个问题我们在停止状态时讨论。 任务：传送带电机运行，运行指示灯亮。

30. 梯形图的设计 ②、工序二（S21）： 条件：托盘传感器为“1”并工件传感器为“1”，进入工序二。 任务：传送带电机运行，运行指示灯亮； 吸盖电磁铁通电。

31. 梯形图的设计 ③、工序三（S22）： 条件：上工序2秒后即进入工序三。 任务：传送带电机运行，运行指示灯亮； 吸盖电磁铁通电； 摆臂电机正转

32. 梯形图的设计 ④、工序四（S23）： 条件：摆臂加盖传感器为“1”并有无盖子传感器为“1”即进入工序四。 任务：传送带电机运行，运行指示灯亮； 吸盖电磁铁通电； 摆臂电机停止。

33. 梯形图的设计 ⑤、工序五（S24）： 条件：上工序1.5秒后即进入工序五。 任务：传送带电机运行，运行指示灯亮； 吸盖电磁铁断电

34. 梯形图的设计 ⑥、工序六（S25）： 条件：上工序1秒后即进入工序六。 任务：传送带电机运行，运行指示灯亮； 摆臂电机反转。

35. 梯形图的设计 3、停止运行 控制要求中规定：停止时按停止按钮，系统完成一个工作周期后停止。因此上面所述“启动信号”应是启动按钮与停止按钮共同控制的信号，采用自保持控制方式，用辅助继电器完成。辅助继电器的线圈由启动按钮与停止按钮作自保持控制，而其常开触点即成为系统的启动信号。

36. 梯形图的设计 4、报警状态： 控制要求中规定：当摆臂做完加盖动作后，加盖传感器未检测到工件上有盖子时，则本站有报警情况发生，即该单元缺料，需要续加盖子。此时报警指示灯亮，摆臂重复加盖动作直至加盖传感器检测到信号，则报警指示灯灭运行周期进行下一步动作。

37. 梯形图的设计 5、急停状态： 控制要求中规定：在以上运行状态下按急停按钮，则整个系统停止运行保持当前状态并运行指示灯以1秒间隔闪烁；解除急停信号后系统按停止前状态继续往下运行，运行指示灯恢复常亮。 急停状态是在每个输出和转换条件前都加入M1的长闭触点，如下程序中的M1长闭触点。当按下急停按钮时Y0输出停止即传送带电机停止运行同时摆臂电机也停止正转，并使得转移条件不在满足。

38. 梯形图的设计 6、 复位控制： 控制要求中规定：当电源开启后系统未处于初始状态时，按复位按钮则系统自动返回初始状态等待启动。

39. 控制电路的连接 根据控制要求和I/O分配表，可画出以下PLC外部电路图：

40. 系统的调试 • 对于采用SFC编程方式编制的程序，程序调试的主要任务是检查程序的运行是否符合顺序控制流程图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的正确转移，该转移后的前级步是否变为不活动步，以及各步所带负载是否被正常驱动等。 • 在调试时应充分考虑各种可能的情况，特别是那些特殊的状态如急停、报警状态等。同时应注意系统各种不同的工作方式，如有选择序列转移图中的每一条支路，各种可能的进展线路都应逐一测试，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下所以输入与输出的关系完全符合控制要求为止。 • 如果程序中某些定时器和计数器的要求设定值较大，为了缩短时间可以在调试时将它们减小，调试结束后再写入它们的设定值。

41. 课外训练 铁塔之光控制系统的设计与调试 一、训练目的 • 1、熟练掌握控制要求分析和程序步的设置； • 2、熟练掌握流程图和梯形图的设计； • 3、熟练掌握步进程序的调试。 二、训练器材 • 1、个人电脑PC； • 2、三菱FX系列PLC； • 3、RS—232数据通信线； • 4、铁塔之光控制单元一块； • 5、导线若干。

42. 课外训练 三、训练内容说明 铁塔之光控制单元外型如右图： 控制要求如下： 按下启动按钮后，灯从L1--L9逐个点亮，间隔2S，期间八段码显示从1--9数字。然后九个灯全灭闪烁三次，间隔2S；闪烁时八段码显示“—”“二”“三”。完毕后停3S重复。在整个过程中按停止按钮可随时停止运行过程。 四、训练步骤 1、根据控制要求写出I/O分配表和状态分配表； 2、依据分配表编写正确流程图和梯形图； 3、依据I/O分配表画出PLC外部电路图； 4、正确连接并调试程序。

43. 【本章小结】 • 本章以加盖控制系统为切入点介绍了可编程控制器的步进编程方法（SFC语言），用案例描述了SFC语言的优点与要点，并逐步介绍了该控制系统的编程过程及步进程序的调试方法。 • 1、系统的工作过程可以分为若干个阶段，这些阶段称为“步”，“步”是控制过程中的一个特定状态。步又分为初始步和工作步，在每一步中要完成一个或多个特定的动作。初始步表示一个控制系统的初始状态，所以，一个控制系统必须有一个初始步，初始步可以没有具体要完成的动作。 • 2、FX2N共有二条步进指令STL、RET： • STL指令的意义为激活某个状态，在梯形图上体现为从主母线上引出的状态接点。STL指令有建立子母线的功能，以使该状态的所有操作均在子母线上进行。 • RET是指状态（S）流程结束，用于返回主程序（母线），使步进顺控程序执行完毕时，非状态程序的操作在主母线上完成，防止出现逻辑错误。状态转移程序的结尾必须使用RET指令。

44. 【本章小结】 • 3、状态转移图中的状态有驱动负载、指定转移目标和指定转移条件三个要素。其中指定转移目标和指定转移图条件是必不可少的，而驱动负载则视具体情况，也可能不进行实际的负载驱动。状态转移图编程时，先进行负载驱动处理，然后进行状态转移处理。负载驱动及转移处理，首先要使用STL指令，这样保证负载驱动和状态转移均是在子母线上进行。状态的转移使用SET指令，但若为向上游转移、向非相连的下游转移或向其他流程转移，称为顺序不连续转移，非连续转移不能使用SET产指令，而用OUT指令。 • 4、初始状态可由其他状态驱动，但运行开始必须用其他方法预先作好驱动，否则状态流程不可能向下进行。一般用系统的初始条件，若无初始条件，可用M8002（PLC从STOP→RUN切换时的初始脉冲）进行驱动。需在停电恢复后继续原状态运行时，可使用S500~S899停电保持状态元件。 • 5、对于采用SFC编程方式编制的程序，程序调试的主要任务是检查程序的运行是否符合顺序控制流程图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的正确转移，该转移后的前级步是否变为不活动步，以及各步所带负载是否被正常驱动等。